c) Khi động cơ ngừng:
2.3. Hệ thống cung cấp không khí động cơ 1AZ-FE trên xe oto (camry)
2.3.1 Sơ đồ hệ thống cung cấp khí nạp.
1. Ống xả, 2.Đường ống nạp , 3.Giảm tiếng động xả khí , 4,6. TWC , 5.Làm sạch
không khí
33 Không khí đi qua lọc gió, sau đó đến cảm biến lưu lượng khí nap, cổ họng gió, qua ống góp nạp và các đường ống rồi đến xy lanh trong đường nạp.
2.3.2 Lọc gió
1. Bộ cộng hưởng , 2. Nhánh bên , 3. Cảm biến khối lượng không khí , 4. Bình lọc gió ,5 . Bộ lọc than hoạt tính , 6. Phần tử lọc không khí , 7. Đường hút khí vào , 8. Bộ
cộng hưởng
34 Lọc không khí nhằm mục đích lọc sạch không khí trước khi không khí đi vào động cơ. Nó có vai trò rất quan trọng nhằm làm giảm sự mài mòn của động cơ. Trên động cơ 1AZ-FE dùng kiểu lọc thấm , lõi lọc bằng giấy. Loại này có ưu điểm giá thành không cao, dễ chế tạo. Tuy vậy nhược điểm là tuổi thọ thấp chu kì thay thế ngắn.
2.3.3 Cổ họng gió
Các bộ phận cấu thành gồm: bướm ga, mô tơ điều khiển bướm ga, cảm biến vị trí bướm ga, các bộ phận khác.
Bướm ga dùng để thay đổi lượng không khí dùng trong quá trình hoạt động của động cơ. Cảm biến vị trí bướm ga được lắp trên trục của bướm ga nhằm nhận biết độ mở bướm ga, mô tơ bướm ga dùng để đóng và mở bướm ga, và một lò xo hồi đẻ trả bướm ga về vị trí cố định. Mô tơ bướm ga ứng dụng một mô tơ một chiều (DC) có độ nhạy tốt và ít tiêu thụ năng lượng.
Hình 22 Cổ họng gió
35 Nguyên lý làm việc
ECU động cơ điều khiển độ lớn và hướng của dòng điện chạy đến mô tơ điều khiển bướm ga, làm quay hay giữ mô tơ, và mở hoặc đóng bướm ga qua cụm bánh răng giảm tốc. Góc mở bướm ga thực tế được phát hiện bằng một cảm biến vị trí bướm ga, và thông số đó được phản hồi về ECU động cơ.
Khi dòng điện chạy qua mô tơ, lò xo hồi sẽ mở bướm ga đến vị trí cố định (khoảng 7°) Tuy nhiên, trong chế độ không tải bướm ga có thể được đóng lại nhỏ hơn so với vị trí cố định.
Khi ECU động cơ phát hiện thấy hư hỏng, nó bật đèn báo hư hỏng trên đồng hồ táp lô đồng thời cắt nguồn đến mô tơ, nhưng do bướm ga được giữ ỏ góc 7° , xe vẩn có thể chạy đến nơi an toàn.
2.3.4 Ống góp hút và đường ống nạp
Ống góp hút và đường ống nạp được chế tạo bằng nhựa nhằm mục đích giảm trọng lượng và sự truyền nhiệt đến nắp quy lát.
1. Ống góp hút ,2 . Bộ cộng hưởng , 3. Cổng lượng
36
2.4. Hệ thống điều khiển hệ thống phun xăng điện tử trên xe 1AZ-FE
Nguyên lý chung:
Hệ thống điều khiển phun xăng tự động trên động cơ 1AZ-FE về cơ bản được chia làm 3 bộ phận chính:
- Các cảm biến: có nhiệm vụ nhận biết các hoạt động khác nhau của động cơ và phát các tín hiệu gữi đến ECU hay còn gọi là nhóm tín hiệu vào.
- ECU: có nhiệm vụ xử lý và tính toán các thông số đầu vào từ đó phát ra các tín hiệu điều khiển đầu ra.
- Các cơ cấu chấp hành: trực tiếp điều khiển lượng phun thông qua các tín hiệu điều khiển nhận được từ ECU.
2.4.1 Các cảm biến:
a) Cảm biến lưu lượng khí nạp:
Nguyên lí hoạt động:
37
1.Nhiệt điện trở 3.Luồng không khí
2.Dây sấy bằng platin
38 Dòng điện chạy vào dây sấy làm cho nó nóng lên. Khi không khí chạy qua, dây sấy được làm nguội tương ứng với khối lượng không khí nạp, bằng cách điều chỉnh dòng điện chạy vào dây sấy này để giữ cho nhiệt độ dây sấy không đổi, dòng điện đó sẽ tỉ lệ thuận với không khí nạp. Bằng cách đo dòng điện đó ta xác định được lượng không khí nạp. Dòng điện được chuyển thành điện áp và được truyền đến ECU.
b) Cảm biến nhiệt độ không khí nạp Nguyên lí hoạt động: Nguyên lí hoạt động:
Cảm biến nhiệt đọ khí nạp lắp bên trong cảm biến lưu lượng khí nạp và theo dõi nhiệt độ khí nạp. Cảm biến nhiệt độ khí nạp sữ dụng một nhiệt điện trở, điện trở của nó thay đổi theo nhiệt đọ khí nạp, và có đặc điểm là điện trở của nó giảm khi nhiệt độ khí nạp tăng. Sự thay đổi điện trở được gữi đến ECU dưới sự thay đổi của điện áp.
39 c) Cảm biến vị trí bướm ga
Nguyên lý hoạt động.
Là loại không tiếp xúc. Cảm biến này sẽ chuyển sự thay đổi mật độ đường sức từ của từ trường thành tín hiệu điện áp.
Hình 25:Cảm biến vị trí bướm ga loại hall.
1: IC Hall; 2: Các nam châm
Cảm biến vị trí bướm ga loại hall gồm có các mạch IC hall làm bằng các phần tử hall và các nam châm quay quanh chúng. Các nam châm được lắp ở trên trục bướm ga và quay cùng với bướm ga.
Khi bướm ga mở, các nam châm quay cùng một lúc, và các nam châm này thay đổi vị trí của chúng. Vào lúc đó, IC hall phát hiện ra sự thay đổi từ thông gây ra bởi sự thay đổi vị trí của nam châm và tạo ra điện áp của hiệu ứng hall từ các cựa VTA1 và VTA2 theo mức thay đổi này. Tín hiệu này được truyền đến ECU động cơ như tín hiệu mở bướm ga. Cảm biến này không chỉ phát hiện chính xác độ mở của bướm ga, mà còn sử dụng phương pháp
40 không tiếp điểm và có cấu tạo đơn giản. Vì thế không dễ bị hỏng. Ngoài ra để duy trì độ tin cậy của cảm biến này, nó phát ra các tín hiệu từ hai hệ thống có các tính chất khác nhau.
Mạch điện cảm biến bướm ga:
Bảng 4.2.3: Thông số của cảm biến bướm ga.
Cảm biến Thông số Điều
thường kiện bình Lưu ý chẩn đoán Cảm biến bướm ga số 1 vị trí Mở bướm ga: Min: 0% Max: 100% Đóng hoàn toàn: 0% Mở hoàn toàn: 50- 80% Xác nhận giá trị so với góc mở bướm ga.
Cảm biến bướm ga số 2 vị trí Mở bướm ga: Min 0% Max 100% Đóng hoàn toàn: 42- 62% Mở hoàn toàn: 92- 100%
Tính giá trị dựa trên VTA2
41 Cảm biến vị trí bướm ga có hai tín hiệu VTA 1 và VTA 2. VTA1 được dùng để phát hiện góc mở bướm ga và VTA 2 được dùng để phát hiện hư hỏng cảm biến. Điện áp cấp vào VTA1 và VTA2 thay đổi từ 0- 5V tỉ lệ thuận với góc mở của bướm ga. ECU đánh giá góc mở bướm ga thực tế từ các cực VTA1 và VTA2, ECU điều khiển mở mô tơ bướm ga.
d) Cảm biến oxy
Nguyên lý hoạt động
1. Nắp bảo vệ, 2. Bich , 3,5. Platin , 4. Phần tử Zirconi
Cảm biến oxy phát hiện xem nồng độ oxy trong khí xả giàu hơn hay nghèo hơn tỉ lệ không khí nhiên liệu lí thuyết. Cảm biến này chủ yếu được lắp trong đường ống xả.
42 Cảm biến oxy có một phần tử làm bằng ziconi oxit ( ZrO2), đây là một loại gốm. bên trong và bên ngoài của phần tử này được bao bọc bởi một lớp platin mỏng. Không khí chung quanh được dẫn vào cảm biến này. Và phía ngoài của cảm biến lộ ra phía khí thải.
Ở nhiệt độ cao ( 400°C hay cao hơn) phần tử ziconi tạo ra một điện áp như là do sự chênh lệch lớn giữa oxy phía trong và phía ngoài của phần tử này. Ngoài ra platin tác động như một chất xúc tác để gây ra phản ứng hóa học giữa oxy và cacbon monoxit (CO) trong khí xả. Vì vậy, điều này sẽ làm giảm lượng oxy và tăng tính nhạy cảm của cảm biến. Khi hỗn hợp không khí nhiên liệu nghèo, phải có oxy trong khí xã sao cho phải có một chênh lệch nhỏ về nồng độ của oxy giữa bên trong và bên ngoài của nguyên tố zirconi. Do đó phần tử zirconi sẽ tạo ra một điện áp thấp ( gần 0V). ngược lại, khi hỗn hợp nhiên liệu giàu, hầu như không có oxy trong khí xã. Vì vậy, có sự khác biệt lớn giữa nồng độ oxy trong và ngoài cảm biến này để phần tử zirconi tạo ra một điện áp tương đối lớn ( xấp xỉ 1V) . Căn cứ vào tín hiệu OX do cảm biến này truyền đến, ECU sẽ tăng hoặc giảm lượng phun nhiên liệu để duy trì tỉ lệ không khí.
e) Cảm biến nhiệt độ nước làm mát. Cấu tạo và nguyên lý: Cấu tạo và nguyên lý:
43 Khi động cơ hoạt động, cảm biến nhiệt độ nước làm mát thường xuyên theo dõi và báo cho ECU biết tình hình nhiệt độ nước làm mát động cơ. Nếu nhiệt độ nước làm mát động cơ thấp ( động cơ vừa khởi động ) thì ECU sẽ ra lệnh cho hệ thống phun thêm xăng khi động cơ còn nguội.
Khi ECU tính toán nhiệt độ nước làm mát thấp hơn -40°c hoặc lớn hơn 140°C lúc này ECU sẽ báo hỏng đồng thời nhập chế độ dự phòng với nhiệt độ quy ước 80°C.
Mạch điện cảm biến nhiệt độ nước làm mát.
44
1: khối cảm biến; 2: điện trở nhiệt; 3:khối điều khiển; 4: khối điện trở giới hạn
dòng
Cảm biến nhiệt độ nước làm mát và điện trở R được mắc nối tiếp. khi giá trị điện trở của cảm biến thay đổi theo sự thay đổi của nhiệt độ nước làm mát. Điện áp tại cực THW cũng thay đổi theo. Dựa vào tín hiệu này ECU tăng lượng phun nhiên liệu nhằm nâng cao khả năng ổn định khi động cơ nguội.
f) Cảm biến vị trí trục cam;
Nguyên lí hoạt động.
45 Trên trục cam đối diện với cảm biến vị trí trục cam là đĩa tín hiệu G có các răng. Khi trục cam quay, khe hở không khí giữa các vấu nhô ra trên trục cam và cảm biến này sẽ thay đổi. Sự thay đổi khe hở tạo ra một điện áp trong cuộn nhận tín hiệu được gắn vào cảm biến này, sinh ra tín hiệu G. Tín hiệu G này được chuyển đi như một thông tin về góc chuẩn của trục khuỷu đến ECU động cơ, kết hợp nó với tín hiệu NE từ cảm biến trục khuỷu để xác định TCD ( điểm chết trên) kỳ nén của mỗi xy lanh để đánh lửa và phát hiện góc quay trục khuỷu. ECU động cơ dùng thông tin này để xác định thời gian phun và thời điểm đánh lửa.
Sơ đồ mạch điện cảm biến vị trí trục cam.
1: Rôto tín hiệu; 2: Cuộn dây cảm biến vị trí trục cam.
g) Cảm biến vị trí trục khuỷu.
46
Hình 32:Cảm biến vị trí trục khuỷu. Cấu tạo và nguyên lí hoạt động.
Tín hiệu NE được ECU động cơ sử dụng để phát hiện góc của trục khuỷu và tốc độ động cơ. ECU động cơ dùng tín hiệu NE và tín hiệu G để tính toán thời gian phun cơ bản và góc đánh lửa sớm cơ bản.
Đối với tín hiệu G, tín hiệu NE được tạo ra bởi khe không khí giữa cảm biến vị trí trục khuỷu và các răng trên chu vi của rôto tín hiệu NE được lắp trên trục khuỷu.
Bộ tạo tín hiệu có 34 răng ở chu vi rôto tín hiệu NE và 1 khu vực có hai răng khuyết. Khu vực có hai răng khuyết này có thể được sử dụng để phát hiện góc của trục khuỷu, nhưng nó không thể ác định xem đó là điểm chết trên của chu kì nén hay điểm chết trên của chu kì xả. ECU động cơ kết hợp tín hiệu NE và tín hiệu G để xác định đầy đủ và chính xác góc của trục khuỷu.
47 Sơ đồ mạch cảm biến vị trí trục khuỷu.
1: Rôto tín hiệu; 2 Cuộn dây cảm biến vị trí
trục khuỷu
h) Cảm biến tiếng gõ.
Cấu tạo và nguyên lí.
Cảm biến tiếng gõ được gắn vào thân máy, và truyền tín hiệu KNK tới ECU động cơ khi phát hiện tiếng gõ động cơ. ECU động cơ nhận tín hiệu KNK và làm trễ thời điểm đánh lửa để giảm tiếng gõ. Cảm biến này có các phần tử áp điện, tạo ra một điện áp AC khi tiếng gõ gây rung động trong thân máy và làm biến dạng phần tử này. Tần số tiếng gõ của động cơ nằm trong giới hạn từ 6 đến 13kHz.
48
1: Thân cảm biến; 2: phần tử áp điện. 3 Điện trở phát hiện hở mạch.
Sơ đồ mạch cảm biến tiếng gõ:
49
i) Cảm biến bàn đạp ga.
Cấu tạo và nguyên lí.
50
1. IC Hall , 2. Nam châm , 3. Cần bàn đạp ga
Cấu tạo và hoạt động của cảm biến này cơ bản giống như cảm biến vị trí bướm ga loại phần tử hall.
Cảm biến này gồm có các mạch IC hall làm bằng phần tử hall và các nam châm quay quanh chúng. Các nam châm được lắp trên trục của bàn đạp chân ga và quay cùng bàn đạp chân ga. Khi đạp chân ga các nam châm này quay cùng một lúc và thay đổi vị trí của chúng. Vào lúc đó IC Hall phát hiện sự thay đổi dựa vào thông số gây ra bởi sự thay đổi vị trí nam
51 châm tạo ra điện áp của hiệu ứng hall từ các cực VTA1 Và VTA2 theo mức thay đổi này. Tín hiệu được truyền đến ECU như tín hiệu đạp chân ga.
Sơ đồ mạch cảm biến bàn đạp ga.
Trong cảm biến vị trí bàn đạp ga, điện áp được mở đến cực VPA và VPA2 của ECU thay đổi từ 0-5V tỉ lệ với góc của bàn đạp ga. VPA là tín hiệu chỉ ra góc mở thực tế và dùng để điều khiển động cơ. VPA2 thường dùng để phát hiện các hư hỏng của cảm biến. ECU kiểm soát góc bàn đạp ga từ tín hiệu VPA và VPA 2 phát ra và điều khiển mô tơ theo tín hiệu này.
2.5. ECU.
Bộ điều khiển điện tử đảm bảo nhiều chức năng khác nhau tùy theo từng loại của nhà chế tạo. Chung nhất là bộ tổng hợp vi mạch và bộ phận phụ dùng để nhận biết tín hiệu, lưu trữ thông tin, tính toán, quyết định chức năng hoạt động và gữi các tín hiệu đi thích hợp.
52 Những bộ phận phụ hỗ trợ cho nó là các bộ ổn áp, điện trở hạn chế dòng. Vì lí do này bộ điều khiển có tên gọi khác nhau tùy nhà sản suất.
2.5.1 Chức năng của ECU
ECU có hai chức năng chính:
+ Điều khiển thời điểm phun: được quyết định theo thời điểm đánh lửa.
+ Điều khiển lượng xăng phun: tức là xác định thời điểm phun, thời điểm này xác định theo:
Tín hiệu phun cơ bản: được xác định theo tín hiệu động cơ và tín hiệu lưu lượng khí nạp. Tín hiệu hiệu chỉnh: được xác định từ các cảm biến ( nhiệt độ, vị tri, tín hiệu tải…)
Chức năng tự chẩn đoán và lưu mã lỗi.
2.5.2 Các bộ phận của ECU
ECU được đặt trong vỏ kim loại để tránh nước. Nó được đặt ở nơi ít bị ảnh hưởng của nhiệt độ.
Các linh kiện điện tử của ECU được sắp xếp trong một mạch kín. Các linh kiện công suất của tầng cuối bắt liền với một khung kim loại của ECU mục đích để tản nhiệt tốt. Vì dùng IC và linh kiện tổ hợp nên ECU rất gọn, sự tổ hợp các nhóm chức năng trong IC ( bộ tạo xung, bộ chia xung , bộ dao động điều khiển việc chia tần số) giúp ECU đạt độ tin cậy cao. Một đầu ghim đa chấu cùng nối ECU với hệ thống điện trên xe, với kim phun và các điểm.
2.5.3 Các thông số hoạt động của ECU